TBC 4.0軟件下的長基線數(shù)據(jù)處理精度分析

朱照榮，張錫越，曾艷艷，蔣國輝

(1. 北京市測繪設(shè)計研究院，北京 100038； 2. 北京麥格天渱科技發(fā)展有限公司，北京 100043)

近年來，隨著導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，GNSS以其快速、高效、高精度的定位特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程測量領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。對實(shí)地采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度解算是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，方便、快捷、高精度、高可靠性的數(shù)據(jù)處理軟件的選取是獲取高質(zhì)量解算結(jié)果的保證。目前，國內(nèi)外的高精度數(shù)據(jù)后處理軟件眾多，如美國麻省理工學(xué)院研制的GAMIT/GLOBK軟件、瑞士BERNE大學(xué)研制的Bernese軟件、武漢大學(xué)的Panda軟件等,在大地測量行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。

Trimble Business Center 4.0(TBC)是Trimble的新一代數(shù)據(jù)后處理軟件，屬于地理空間內(nèi)業(yè)軟件，可實(shí)現(xiàn)編輯、處理和分析GNSS數(shù)據(jù)、全站儀數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)、掃描數(shù)據(jù)、大地攝影數(shù)據(jù)和航空攝影數(shù)據(jù)；同時，還可以創(chuàng)建從二維地形圖到表面圖和等高線圖，再到復(fù)雜定線/通道設(shè)計在內(nèi)的各種最終數(shù)據(jù)。在基線解算方面，該軟件可不依賴于精密星歷和精密鐘差等文件，支持多系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)合解算，能更快速地獲得高精度的結(jié)果，更適合于實(shí)際工程測量的應(yīng)用[3-7]。本文基于IGS測站數(shù)據(jù)，對TBC軟件中長基線數(shù)據(jù)處理的精度進(jìn)行了分析，并與Bernese軟件、GAMIT軟件數(shù)據(jù)處理的精度進(jìn)行了對比。

1 TBC 4.0數(shù)據(jù)處理軟件基線解算的特點(diǎn)

TBC 4.0軟件采用了新開發(fā)的靜態(tài)基線處理引擎，目的是改進(jìn)長度超過200 km的基線解算結(jié)果，與舊版GNSS基線處理器相比，提高了精度，降低了均方根值，模糊度固定率更高，可以實(shí)現(xiàn)更長基線的解算。新版的TBC 4.0軟件支持多系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理，并且可以選擇獨(dú)立于GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的其他衛(wèi)星系統(tǒng)，如只采用GLONASS單系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。另外，TBC 4.0軟件支持在網(wǎng)上下載的衛(wèi)星差分碼偏差模型和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)模型。這些新的特點(diǎn)使得TBC 4.0版本軟件成為目前市面上功能最強(qiáng)、最靈活的基線處理軟件。

2 TBC 4.0數(shù)據(jù)處理軟件基線解算流程

2.1 新建工程項(xiàng)目及工程設(shè)置

(1) 首先新建一個工程，采用默認(rèn)的TBC基線解算模板，然后選擇工程設(shè)置，可對坐標(biāo)系、單位、基線處理、網(wǎng)平差等進(jìn)行設(shè)置。坐標(biāo)系統(tǒng)默認(rèn)為WGS-84坐標(biāo)系，也可選擇CGCS2000坐標(biāo)系等其他坐標(biāo)系。基線處理項(xiàng)中可對處理限差、參與解算的衛(wèi)星系統(tǒng)、解算類型等進(jìn)行設(shè)置。在實(shí)際數(shù)據(jù)解算過程中，一般采用默認(rèn)設(shè)置即可。

(2) 新建完相應(yīng)的工程及設(shè)置完成后，再進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。新版的TBC 4.0軟件不僅支持天寶T01、T02、DAT文件，以及RINEX2.0版本文件，還支持RINEX3.02多系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，以及多系統(tǒng)廣播星歷及精密星歷的導(dǎo)入。導(dǎo)入觀測數(shù)據(jù)及星歷時，會顯示接收機(jī)原始數(shù)據(jù)檢查界面，可對點(diǎn)號、接收機(jī)天線信息進(jìn)行編輯修改。對天線類型、量高方法、天線高度等進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后確認(rèn)導(dǎo)入。

2.2 基線解算

數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功后，會自動顯示基線網(wǎng)圖，每個點(diǎn)會與其他所有的點(diǎn)組成基線，進(jìn)行基線解算。選擇基線解算后，會自動進(jìn)行所有基線的解算，并顯示基線名稱、解類型、水平精度、垂直精度，均方根及基線長度信息，如圖1所示。保存基線解算信息后，基線解算精度超限的點(diǎn)會顯示紅色旗幟標(biāo)記。對于處理錯誤的基線，應(yīng)檢查觀測站信息是否有誤，然后選擇解算失敗的界限進(jìn)行時段編輯，可以對觀測質(zhì)量較差的衛(wèi)星實(shí)行禁用或局部不連續(xù)觀測值的刪除，如圖2界面所示。

2.3 網(wǎng)平差

進(jìn)行網(wǎng)平差前，進(jìn)行控制點(diǎn)的設(shè)置，屬性設(shè)置為控制質(zhì)量，可以進(jìn)行三維約束平差或三維無約束平差，并可進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)重設(shè)置。平差成功及卡方檢驗(yàn)顯示合格后輸出平差報告，網(wǎng)平差報告包括平差設(shè)置信息、平差統(tǒng)計信息、控制點(diǎn)約束信息、已平差的坐標(biāo)信息、誤差橢圓信息、協(xié)方差信息等。平差結(jié)果為平差后的地心大地坐標(biāo)及地固地心坐標(biāo)，包含三維內(nèi)符合精度值。

圖1 基線處理界面

圖2 時段編輯器

TBC 4.0軟件基線解算總體流程如圖3所示。

圖3 TBC 4.0軟件基線解算流程

3 基線解算實(shí)例分析

本文選取2017年4月10日IGS提供的BZRG、FFMJ、GRAZ、HUEG、JOZ2、OBE4、PADO、PENC、POTS、WROC、WTZR、ZIM2站的觀測數(shù)據(jù)，采樣間隔為30 s,觀測時長為24 h。應(yīng)用不同的軟件對比分析TBC 4.0軟件的基線解算精度。測站的分布如圖4 所示。

圖4 選取的IGS測站分布圖

3.1 TBC 4.0軟件與Bernese、GAMIT軟件解算結(jié)果的對比分析

選取FFMJ站、PADO站、JOZ2站作為控制站，分別使用TBC 4.0軟件、Bernese軟件、GAMIT軟件進(jìn)行基線解算[8-10]，其中TBC 4.0軟件采用廣播星歷和精密星歷分別進(jìn)行解算，由解算的結(jié)果與測站的真實(shí)坐標(biāo)求差獲得外符合精度，不同軟件不同待定測站的解算精度統(tǒng)計見表1。

TBC軟件在構(gòu)建基線的過程中，會將每個測站點(diǎn)與其余所有點(diǎn)構(gòu)成基線并進(jìn)行解算。由基線解算報告分析，TBC 4.0軟件共構(gòu)成66條基線，解算的基線最大長度為1070 km,平均長度為530 km。由表1分析可知，軟件解算的測站三維位置精度在毫米級，與Bernese及GAMIT軟件解算的精度相當(dāng)。其中，TBC 4.0基于精密星歷解算的結(jié)果與廣播星歷解算的結(jié)果相當(dāng)，均在毫米級，精密星歷解算結(jié)果略優(yōu)于廣播星歷解算的結(jié)果。因此，TBC 4.0軟件不僅可以高精度解算1000 km左右的基線，而且不受星歷精度的限制。

3.2 與舊版本TBC 2.50軟件基線解算比較

采用與3.1中計算相同的測站及觀測數(shù)據(jù)，采用TBC 2.50版本進(jìn)行基線解算。由于該版本TBC只支持GPS和GLONASS系統(tǒng)，OBE4和POTS站觀測數(shù)據(jù)無法導(dǎo)入，未參與基線解算。TBC 2.50軟件解算的基線長度及模糊度固定情況統(tǒng)計如圖5所示，TBC 4.0軟件解算的基線長度及模糊度固定情況統(tǒng)計如圖6所示，其中左軸為基線長度，右軸為解算類型，0值代表浮點(diǎn)解，1值代表固定解。

由圖5、圖6分析可知，TBC 2.50版本軟件對于500 km以上的基線解算模糊度均無法固定，對于500 km以下的基線模糊度可以實(shí)現(xiàn)固定，但最終無法成功完成基線解算。TBC 4.0軟件基線解算模糊度的固定率為100%，并且可獲得毫米級精度的坐標(biāo)結(jié)果，同時支持四系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及參與解算。結(jié)果表明，TBC 4.0軟件在長基線解算上較舊版本有了很大的改進(jìn)，并可取得高精度的定位結(jié)果。

表1 不同軟件不同測站的解算精度統(tǒng)計 m

圖5 TBC 2.50軟件解算的基線長度及模糊度固定情況統(tǒng)計

圖6 TBC 4.0軟件解算的基線長度及模糊度固定情況統(tǒng)計

4 結(jié) 語

TBC軟件是工程測量中基線解算的數(shù)據(jù)處理軟件之一，目前最新版本TBC 4.0軟件不僅支持多系統(tǒng)GNSS觀測數(shù)據(jù)，而且大大改進(jìn)了長基線解算的精度,使得該軟件成為目前市面上精度高、解算靈活的基線處理軟件。與舊版本的TBC軟件相比，TBC 4.0軟件的基線解算能力大幅提高，能更好地應(yīng)用于測量數(shù)據(jù)處理。

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